0 引 言

海底油气管线被喻为油气田的生命线，海底管线安全可靠运行是海上油气田生产的根本保证，但由于输送介质特性和海洋环境的复杂性，海底管线的损坏时有发生[1]。一旦海管发生操作破坏事件，就会造成油田停产，甚至污染海洋环境，给企业和国家带来巨大的经济损失。

目前，渤海、东海、南海西部、南海东部等国内各海域海管遍布，总的在役海管达数千公里，且每年仍在新建各类输送海管，为我国油气事业做出巨大贡献。在这些在役管线中，海管服役年限从刚服役到十几年不等。目前，如东海某海域长距离登陆管线服役年限已接近20年，已经发生或面临着各种破坏风险[2]，在渤海、东海、涠洲海域等各海域海管损伤事件。一旦发生管线破坏，可能会带来重大经济损失和社会负面影响[3]。本文根据实际项目中海管评价修复程序，总结在役海管损伤类型及评估方法，并针对各种不同损伤海管提出相应修复措施，为以后的工程项目提供参考。

1 海管损伤及评估

海管损伤形式多样，如管线断裂(见图1)、管线泄漏、壁厚减薄、管线总体屈曲或局部屈曲(见图2)等[4]。

  

图1 东海某登陆管线断裂图Fig.1 Fracture map of a landing line in the East China Sea

  

图2 海管屈曲及端部拉弯图Fig.2 Buckling and end bending of the subsea pipeline

1.1 损伤原因

海管铺在海床上，投产运行前及运行过程中会发生各种各样的损伤事故，如管线断裂、管线渗漏、管线壁厚减薄、管线自由悬跨过大等。一旦发生其中一种及多种损伤事故，可能会引起油气泄漏、火灾、爆炸、环境污染等后果，引起重大经济损失或伤亡事故[5]。故有必要分析管线损伤原因。从设计及工程经验来看，管线损伤原因如下： (1)设计及施工缺陷；(2)外力破坏，例如抛锚、起锚、拖锚等会拖挂海管，引起海管管线损伤事故，又如极端环境荷载引起的破坏；(3)腐蚀破坏。

1.2 海管损伤缺陷评估

当海管发生损伤时，首先需要评估海管受损情况，以便采取应对措施。根据国内外通用海管设计及评估规范，一般可从如下方面对海管损伤情况进行评估。

利用AUTOPIPE有限元分析软件，建立整个拉挂段海管模型。分析拉挂段海管各点应力，校核目前偏移段管线是否满足设计规范要求。根据受损管线目前的在役状况，主要模拟受损管线的弯曲形状和管土相互作用。

1.2.1 表观及壁厚评估

发现海管发生损伤事故后，需要对海管进行表观评估，通过潜水员目视、触摸初步判断海管混凝土涂层和防腐涂层破损情况和破损范围；通过通球测量、ROV检测等方法，检测壁厚判断海管壁厚减薄情况。如果海管外涂层破坏，管线最小壁厚少于设计壁厚，则可判断管线已发生损伤，需进一步评价或采取修复措施。

1.2.2 表面缺陷评估

海管表面缺陷是指海管本体缺陷，包括裂纹、腐蚀引起的局部点凹陷、总体凹坑等海管损伤。经过初步表观评估，当发现海管管线出现上述表面缺陷时，需要进行表面缺陷评估，判断表面缺陷是否在规范允许范围内。

pe=External pressure 外压

Δpd=γp(pld-pe)，

 

表1 渤海某海管管材参数及受损情况

 

Table 1 Pipe parameters and damage situation of a subsea pipeline in Bohai

  

描述单位取值钢管外径mm168.3钢管壁厚(1区)mm12.7钢材等级—API 5L PSL2 X65内部介质—气体内部介质密度kg·m-350屈服强度MPa450最小拉伸强度MPa535防腐涂层厚度mm2.8防腐涂层材料—3层PE防腐涂层密度kg·m-3940受损表面缺陷mm2受损表面凹痕长度mm15

该管线表面缺陷评估结果如表2所示。

实践教学是学生掌握知识的重要渠道，是学生把所学的理论知识转化为实际技能的重要途径，也是培养学生创新能力的源泉；也是拓展学生职业能力的根本途径，同时还是展现学生个性化的舞台。

研究人员表示，这种新型制造工艺使人们能够制造出具备更多先进功能的纺织品，智能纺织品和可穿戴技术或将遵照自身的 “摩尔定律”，变得日益精密。

 

表2 渤海某海管管材参数及受损情况评估

 

Table 2 Pipe material parameters and damage assessment of a subsea pipeline in Bohai

  

描述管径/mm壁厚/mm缺陷值/mm评估依据允许缺陷评估结果1168.312.72DNV-OS-F1010.254缺陷超过允许值2168.312.715DNV-RP-F1078.415缺陷超过允许值

从该评估结果可看出，该海管损伤已超出规范允许值，需采取修复或更换措施。

1.2.3 壁厚减薄评估

在腐蚀破坏类海管损伤中，肯定会发生壁厚减薄情况，若局部壁厚腐蚀严重，甚至会出现管材壁厚全部被腐蚀掉，发生渗漏现象，如渤海绥中某项目立管就曾发生渗漏破坏，管材已损伤至不可使用，必须采取修复措施。当检测到管材腐蚀导致壁厚减薄时，应判断壁厚减薄最大处海管腐蚀量与设计内腐蚀余量关系，当减薄量大于设计内腐蚀余量时，需要进一步进行管材力学强度评估，以判断管材强度是否满足要求。

单纯壁厚减薄无法确定海管是否满足运行要求时，需进一步进行力学强度评估，具体内容参考下文。

1.2.4 力学强度评估

海管力学强度评估可根据局部弯曲应力初步判断管材屈服情况，同时也可以经有限元方法分析管材受力情况，再通过规范校核是否满足要求。该方法是设计时常用方法，适用于不同类型钢质海管，包括单层管和双层海管。

可运用局部应力分析方法评价海管局部受损情况；也可使用行业内有限元软件进行有限元分析，判断海管整体受力情况，从而判断海管整体力学强度。以上方法均可用于海管受损评价，需根据海管受损情况运行合适方法。

Sd=Design effective axial force 设计有效轴力

先介绍局部应力分析方法。

在新媒体时代下，视觉传达设计专业的人才培养目标和方向显然需要重新定位。针对视觉传达业当前和未来的专业化需求，经过社会调研和深入分析后得出：专业方向应定位于以移动互联网传播技术为平台的视觉传达、广告创意及制作等，培养具备艺术学、设计学、传播学、市场营销学等学科的基础知识，能够结合移动互联网技术手段进行广告视觉传达的创意设计人才。新的专业定位将传统平面印刷的创意设计与“互联网+”时代背景进行对接，改变传统设计概念的狭隘与局限性，使视觉传达设计专业焕发新的活力。

当海管发生损伤时，往往会发生总体弯曲或者较大的路由弯曲，于是可以根据路由弯曲计算海管损伤后的弯曲应力，根据DNV 1981及DNV OS F101等规范要求判断局部弯曲点应力是否在可接受范围内。涠洲湾某项目海管端部被拉弯，根据调查得到该几个点弯曲半径如表3所示。

未掺橡胶粉的PVA-ECC作为基准试件，试件养护28d后，测得其立方体抗压强度为40.4MPa。图3(a)表明，随着橡胶粉掺量提高，其抗压强度呈现抛物线下降趋势。同时橡胶粉不同的处理方式及粒径随橡胶粉掺量变化呈现相近趋势，表明处理方式及粒径对强度影响较小。与基准试件进行对比，从图3(b)中可以看出，橡胶粉掺量低于5%时，复合材料抗压强度有一定提高。然而，当掺量超过10%时，抗压强度呈现下降规律。从该现象可以判定，橡胶粉的掺量存在某个最优配合比，水泥基复合材料各部分能充分发挥其力学性能，低于或超过此范围将会降低其抗压强度。

 

表3 涠洲某海管管材参数及受损情况表

 

Table 3 Pipe parameters and damage situation of a subsea pipeline in the Weizhou area

  

描述单位数值钢管外径mm323.9钢管壁厚mm12.7钢材等级—API 5L PSL2 X65内部介质—混输内部介质密度kg·m-3800屈服强度MPa450最小拉伸强度MPa535防腐涂层厚度mm3.1防腐涂层材料—3层PE防腐涂层密度kg·m-3940受损点1弯曲半径m99.4受损点2弯曲半径m426.6受损点3弯曲半径m62.0

根据上述管材及受损条件，可以进行力学强度评估，分析其局部应力情况，根据材料力学公式得到局部弯曲应力σ，再根据DNV规范的公式[σ]=η σs得到许用应力。

结果如表4所示。

 

表4 涠洲某海管管材参数及受损情况评估

 

Table 4 Pipe material parameters and damage assessment of a subsea pipeling in the Weizhou area

  

受损点管径/mm壁厚/mm弯曲半径/m弯曲应力/MPa材料利用因子许用应力/MPa评估结果1323.912.799.4337.30.72324弯曲应力大于许用应力,管材屈服2323.912.7426.678.60.72324强度满足要求3323.912.762.0540.70.72324弯曲应力大于许用应力,管材屈服

根据以上计算结果，可以初步判断管材在受损点1和受损点3已发生屈服，强度不满足规范要求。

下面介绍有限元分析方法。

如无法得到海管损伤详细情况，或者想了解海管整体受损情况，可运用有限元分析方法评价海管受损情况。

有限元分析也是海管设计中的常用方法，如通过海管有限元分析软件AUTOPIPE建立海管模型，分析其应力情况；也可以使用通用有限元软件，如ANSYS和ABAQUS软件，建立海管受损模型，提取海管受损点应力，分析其强度是否满足要求。

下面以渤海海域某受损海管有限元分析为例，介绍使用AUTOPIPE有限元软件分析海管受损情况的方法。

海管参数如表1所示，受损后形状如图3所示。

MF=Functional bending moment 功能弯矩

  

图3 受损海管图Fig.3 Damaged pipeline

三、如果两国之间都有共同需求品质的情形，我们称存在重叠需求。两国消费偏好越相似，则其需求结构越接近，或者说需求结构重叠的部分越大。重叠需求是两国开展国际贸易的基础，品质处于这一范围的商品，两国均可进口和出口。

弯曲形状摸拟： 根据调查的受损管段弯曲形状，在调查结果图中测出受损管段偏离原管线路由的位移，在模型中由强制位移模拟弯曲管段的偏离位移，按照每5m及2.5m为一单元添加强制位移，进而模拟出受损管段的弯曲形状。

管土相互作用模拟： 由土壤的弹塑性模型进行模拟，图4为土壤约束力与土壤位移间的关系。

  

图4 土壤的弹塑性模型Fig.4 Elastoplastic model of soil

AUTOPIPE模型如图5所示。

  

图5 拉挂段海管AUTOPIPE模型Fig.5 AUTOPIPE model of the damage section pipeline

按规范DNV-OS-F101要求，提取AUTOPIPE计算结果，根据功能荷载及环境荷载组合，校核该段海管受力情况，依据DNV-OS-F101对其有限元计算应力进行校核。应力校核公式如下：

式中：

Md=MF·γF·γC+ME·γE+MA·γA·γC，

声发射能量是指事件信号检波包络线下的面积，它可以反映事件的相对能量和强度。将实验中两类传感器采集的信号绘制成能量-时间-轴向力关系曲线，对比两种传感器的特点。通过对所有试件的实验结果进行数据分析，每组试件的数据呈现出相同的规律，限于篇幅本文只选取了部分试样的实验研究结果作为代表。

Sd=SF·γF·γC+SE·γE+SA·γA·γC，

如渤海海域某运行海管于2014年发生拉挂受损事件，其管材参数及受损情况如表1所示。

Md=Design bending moment 设计弯矩

蛋白质是构成一切细胞和组织结构必不可少的成分，它是动物生命活动最重要的物质基础。适宜的蛋白水平对满足蛋鸡生产需要和饲料资源的合理应用具有重要意义。通过饲养试验研究“京红1号”蛋种鸡育成期的蛋白质需要量，旨在为制定“京红1号”蛋种鸡饲养标准提供依据。

pd=Design differential overpressure 设计内外压差

改革开放40年以来，云岭牛诞生经历了最初的设想、坚持31年的科研攻关、4年的市场拓展。通过近40年的坚守奋斗，来自云南的“云岭牛”成为我国首个自主培育的三元杂交肉牛品种，也是全国第4个、南方第一个自主培育的肉牛品种。

ME=Environmental bending moment 功能弯矩

MA=Accidental bending moment 偶然工况下弯矩

SF=Functional axial force 功能轴力

SE=Environmental axial force 环境轴力

SA=Accidental axial force 偶然工况下轴力

pld=Local design pressure 局部设计压力

根据DNV-OS-F101[6]相关规定，海管在投入使用前其表面缺陷不应超过管材壁厚2%，最大缺陷不能超过0.5mm，且表面缺陷不能大面积出现。根据DNV-RP-F107[7]规定，海管凹痕大于碳钢管管径的5%，则海管不具备完整性，需要进行修复。

γF, γE, γA=Load combination factors (DNV-OS-F101 Table 5—6)

γC=Condition load effect factor (DNV-OS-F101 Table 5—7)

Mp=fy(D-t2)2t2

初中音乐课堂教学普遍存在着课时缺乏的现象，一般在进行相关教学的过程中，一周只有一节课程属于音乐课程。且在很多时候的很多地方，学校整体形成的思维模式就是音乐课程是一门附属课程，不属于主课范畴。这种认知也导致很多地方的音乐课程长时间被语文、数学、英语这类主要课程所霸占，导致学生对整体音乐课程的认知停留在存在与不存在之间，这种情况普遍存在于全国各地学校的教学中。

在水平段的钻进过程中，气测值的低值区有时会被误认为钻遇了非储层，但通过随后的随钻测井数据得知钻遇的依然是储层（图1）；进入E区后气测值虽稍有降幅，但其甲烷相对含量骤然下降，可初步判断钻遇非储层或钻出油气层，再结合岩性上的变化综合判断。

Sp=fyπ(D-t2)t2

纸张图像在主流程中经过处理后，会输出具有缺陷的各个分块中其纸病缺陷位置信息。为了对所有分块阵列进行临时标记，需要先根据分块缺陷坐标信息获取各个分块状态信息。设分块的状态用变量表示，则分块的状态由式(2)决定。

pb(t2)=Bursting pressure

(not greater than 1.20)

 

β=(0.4+qh)(60-D/t2)/45

γm=Material resistance factor

=1.15 for SLS/ULS/ALS

L为一个和二值图像矩阵(BW)一样大小的矩阵，包含了标记BW中每个连通区域的类别标签，这些标签的值为1、2、…、num。

SLS: 操作极限状态

ULS： 极端极限状态

The “sleeping” kidney refers to a non-functional but potentially viable kidney that may recover function following revascularization.

ALS： 偶然极限状态

计算中使用的荷载效应系数和荷载组合如表5所示。

 

表5 荷载效应系数和荷载组合

 

Table 5 Load effect coefficient and load combination

  

极限状态荷载条件功能荷载环境荷载偶然荷载压力荷载γFγEγAγPSLS & ULSA1.20.7—1.05B1.11.3—1.05ALS1.01.01.01.0

根据上述校核公式及荷载组合，应力校核结果如表6所示。

 

表6 有限元应力校核结果

 

Table 6 Stress checking results of finite element method

  

最不利节点1年波流操作期100年波流操作期地震结果X方向UC值5.495.494.55不满足要求Z方向UC值5.4215.5834.578不满足要求XZ方向UC值5.4915.3664.559不满足要求

校核结果表明，海管最不利节点位于海管始弯点及终弯点，其UC值均大于1，弯曲应力超过屈服应力。当不考虑环境荷载时，由管线弯曲引起的最大弯曲应力为498MPa，已大于海管材料的屈服强度450MPa，弯曲部分管线处于塑性变形状态，强度不满足规范要求。

2 结 语

从国内各海域使用情况来看，不管是正在建设的海管系统还是正在投产运行的海管系统，海管受损情况各海域均出现过，受损情况多种多样，一旦海管受损，急需评估海管受损情况，给予评估的时间也很短，目前缺乏统一的受损海管评估方法。本文总结海管各种不同受损情况分析方法，例如基于材料力学的剩余强度评估、基于规范的缺陷评估、专业有限元软件计算评估、规范强度校核等。而且这些方法都经过了实际工程应用的检验。在实际项目中，应根据不同情况选用不同评估方法。

参考文献

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Fang Na, Chen Guo-ming, Zhu Hong-wei, et al. Statistical analysis of submarine pipeline leakage accident [J]. Oil & Gas Storage and Transportation， 2014,33(1)： 99.

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Yu Yin-hai, Zhang Jie, Liu Peng, et al. Design and analysis of submarine pipeline repair plan in geological subsidence area [J]. Petroleum Engineering Construction. 2018,44(2)： 43.

[3]韩孝辉,陈卫,陈文.海底输油气管线对海洋环境影响性分析[J].海洋开发与管理，2018,35(1)： 83.

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Ding Peng. Research on safety reliability and risk assessment of submarine pipelines [D]. Beijing: China University of Petroleum， 2008.

[5]金伟良,张恩勇,邵剑文,等.海底管道失效原因分析及其对策[J].科技通报，2004(6)： 529.

Jin Wei-liang, Zhang En-yong, Shao Jian-wen, et al. Analysis of failure causes of submarine pipeline and its countermeasures [J]. Bulletin of Science and Technology， 2004(6)： 529.

[6]Det Norske Veritas. DNV-OS-F101. Submarine pipeline systems [S]. 2005

[7]Det Norske Veritas. DNV-RP-F107. Risk assessment of pipeline protection [S]. 2010